KR20170053387A - 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체를 개시한다.
본 발명에 따르는 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체에 의하면, 전지캔의 개구부에 용접되어 전지를 밀봉하는 전지용 캡조립체로서, 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부 및 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부를 포함하되, 상기 밴트부는 캡업부의 외부로 확장되어 돌출된 돌출단자부를 따라 전지캔 개구부의 반대방향으로 절곡된 밴트융기부를 포함하는 특징이 있는데, 이에 의할 때, 캡조립체의 전체두께(총고)가 작아 이차전지의 발전용량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 캡다운 부품을 사용하지 아니하여 제조단가를 낮출 수 있다.

Description

역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체{Beading-less cap assembly with inverse vent structure}

본 발명은 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캡조립체의 전체두께(총고)가 작아 이차전지의 발전용량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 캡다운 부품을 사용하지 아니하여 제조단가를 낮출 수 있는 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체에 관한 것이다.

종래 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 가장 널리 제작되고 있으며, 젤리-롤형 전극조립체는 통상적으로 원통형 전지로 제작된다.

상기 내부 단락으로 인한 발열에 의해 유기 용매가 분해되어 가스가 발생하고, 전지 내의 가스압 상승에 의해 전지가 파열될 수 있다. 이러한 전지 내부의 가스압 상승은 외부 충격에 의해 내부 단락이 발생하였을 때에도 일어날 수 있다.

상기와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 원통형 전지의 캡 어셈블리에는 고압가스를 배출하는 안전밴트, 전지 내압의 상승시 전류를 차단하는 전류차단소자(Current Interrupt Device: CID) 등의 안전 소자들과 상기 소자들을 보호하는 돌출형 단자를 형성하는 탑캡 등이 가스켓에 의해 고정된 구조로 이루어져 있다.

이와 관련하여, 대한민국공개특허공보 제2012-103394호에서는, 도 11, 12에서 볼 수 있듯이, 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 캔(20), 상기 캔(20)을 밀봉하는 캡 조립체(30), 하부 절연판(40), 상부 절연판(50), 센터 핀(60), 절연 가스켓(70)을 구성하여, 상기 절연 가스켓(70)은 캔(20)과 캡 조립체(30) 사이에 위치하여,서로 다른 극성을 갖는 캔(20)과 캡 조립체(30)를 절연시키면서, 상기 캡 조립체(30)와 함께 캔(20)을 밀봉하고, 상기 캡 조립체(30)는 상기 절연 가스켓(70) 내에 삽입되며, 전극 단자 역할을 하는 상부 캡(31), 상기 상부 캡(31)의 하부에 순서대로 위치하는 벤트(32), 절연재(33), 전류차단소자(34) 및 서브 플레이트(35)를 포함하도록 하며, 전류차단소자(34)는 전극 조립체의 상부에 위치하고, 전극 조립체의 제1 전극탭에 서브 플레이트(35)을 개재하여 전기적으로 연결되어 있고, 전류차단소자(34)는 전지의 비정상적인 작동시 전류를 차단하는 기능을 하며, 상기 벤트(32)는 전류차단소자(34)의 상부에 위치하고, 전류차단소자(34)에 접촉에 의해 전기적으로 연결되어 있고, 또한 상기 벤트(32)는 전극 조립체에서 발생한 가스에 의하여 캔의 내부 압력이 증가하는 경우, 파단되어 캔 내부의 압력을 감소시키는 기능을 하고, 상기 벤트(32)는 전류차단소자(34)와 접촉하도록 하부로 돌출된 돌출부(321)를 구비하며, 이러한 돌출부(321)는 전지의 정상상태에서는 하부로 돌출되어 있으나, 전지의 비정상적인 동작으로 캔 내부의 압력이 증가하는 경우 상부방향으로 이동하게 되고, 그 결과, 벤트(32)와 전류차단소자(34)는 전기적으로 개방되어 전류의 흐름이 차단되며, 벤트(32)와 전류차단소자(34)가 분리되어 전류가 차단되었음에도 불구하고, 캔내부의 압력이 계속 증가하는 경우, 벤트(32)가 파열되어 캔 내부의 가스가 외부로 배출되도록 함으로써, 전지가 폭발하는 것을 방지하며, 상기 벤트(32)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 형상기억합금 중 어느 하나 이상으로 구성되며, 일정한 고온에서 그 돌출부(321)가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부(321)가 일정한 온도(예를 들면 100℃)에서 상부로 돌출되도록 제작한 것을 사용하는 것에 의하여, 일정한 온도에서 상기 벤트(32)와 전류차단소자(34)는 전기적으로 분리되어 전류의 흐름이 차단되도록 할 수 있는 구조이다.

그런데, 상기 벤트(32)가 전류차단소자(34)와 접촉하도록 하부로 돌출된 돌출부(321)를 구비한 캡 조립체(30)가 이차전지캔(20)에 결합고정되는 관계상 동일한 용적을 가진 이차전지캔(20)에 내입되는 전극 조립체(10)의 크기가 제한받게 되어 발전용량이 감소되는 문제점을 가지고 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 캡조립체의 전체두께(총고)가 작아 이차전지의 발전용량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 캡다운 부품을 사용하지 아니하여 제조단가를 낮출 수 있는 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 전지캔의 개구부에 용접되어 전지를 밀봉하는 전지용 캡조립체로서, 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부 및 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부를 포함하되, 상기 밴트부는 캡업부의 외부로 확장되어 돌출된 돌출단자부를 따라 전지캔 개구부의 반대방향으로 절곡된 밴트융기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 밴트융기부의 중심부에는 전지캔 개구부를 향해 돌출된 돌출접촉부를 구비하여, 작동밴트부와 용접된 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 밴트융기부에는 양면으로 노치가 형성된 것일 수 있다.

본 발명에 따르는 캡조립체에 의하면, 캡조립체의 총고가 작아 이차전지의 발전용량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 캡다운 부품을 사용하지 아니하여 제조원가를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 캡조립체의 단면을 보여주는 도면이고,
도 2, 3은 종래 원통형 이차전지를 분해하여 구성요소별로 보여주는 그림이다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

첨부된 도 1을 참고하여 본 발명에 따르는 캡조립체를 보면, 전지캔의 개구부에 용접되어 전지를 밀봉하는 전지용 캡조립체로서, 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부 및 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부를 포함하되, 상기 밴트부는 캡업부의 외부로 확장되어 돌출된 돌출단자부를 따라 전지캔 개구부의 반대방향으로 절곡된 밴트융기부를 포함하는 특징이 있다.

상기 캡업부의 돌출단자부는 캡업부가 외부의 회로에 연결되기 위하여 돌출된 형태의 양각으로 구비되는 부분을 의미한다.

따라서, 상기 돌출단자부의 외부로 형성된 공간으로 밴트융기부가 절곡되어 형성되며, 전지캔 개구부에서는 반대방향으로 절곡된 형상이 될 수 있다.

한편, 상기 밴트융기부의 중심부에는 전지캔 개구부를 향해 돌출된 돌출접촉부를 구비하여, 작동밴트부와 용접된 것일 수 있는데, 상기 돌출접촉부는 작동밴트부에 초음파나 레이저 용접에 의하여 부착되어 과전류가 회로에 인가되면 부착된 부위가 파단되거나 후술할 양면 노치부가 파단되어 전류를 차단할 수 있게 된다.

또한, 상기 밴트융기부에는 양면으로 노치가 형성된 것일 수 있는데, 이른바 자바라 형상으로 노치가 구비되어 노치의 깊이나 간격을 조절하여 전류차단을 위한 파단이 일어나거나 전류차단후 또는 전류차단을 위한 파단 외에도 전지캔 내부의 압력이 상승하는 경우에 폭발의 위험을 방지하기 전후면에 마련된 노치가 파단되어 내압 상승의 원인이 된 고압의 기체를 외부를 방출할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 전지캔의 개구부에 용접되어 전지를 밀봉하는 전지용 캡조립체로서,
   양극단자인 캡업부;
   상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부; 및
   상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부를 포함하되,
   상기 밴트부는 캡업부의 외부로 확장되어 돌출된 돌출단자부를 따라 전지캔 개구부의 반대방향으로 절곡된 밴트융기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 밴트융기부의 중심부에는 전지캔 개구부를 향해 돌출된 돌출접촉부를 구비하여, 작동밴트부와 용접된 것을 특징으로 하는 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 밴트융기부에는 양면으로 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 역방향 구조의 안전밴트를 구비한 캡조립체.
   

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